4.1. Определение предельных

И ДОПУСТИМЫХ ЗНАЧЕНИИ ПАРАМЕТРОВ

ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

В процессе оперативного управле­ния работоспособностью автомоби­лей наряду с общей статистической информацией необходима индивидуальная информация, отражающая уровень технического состояния кон­кретного автомобиля, системы, агре­гата, детали. Получение такой ин­формации возможно путем непосред­ственного измерения параметров технического состояния данного ав­томобиля и сравнения их текущих значении с нормативами.

Автомобиль представляет собой сложную техническую систему. Как известно, качественной мерой, позво­ляющей оценить состояние системы или ее элементов, а также проявле­ние свойств системы, является пара­метр (показатель). С точки зрения оценки состояния системы и прояв­ления ее свойств различают пара­метры структурные и выходные (см. разд. 2.1).

Каждый из элементов системы, которой является автомобиль или агрегат, и каждое простейшее сопря­жение можно оценить с помощью одного или нескольких структурных и выходных параметров. Система же оценивается по совокупности пара­метров, отражающих состояние от­дельных элементов, сопряжении и их свойств.

В процессе эксплуатации автомо­биля текущие значения параметров его состояния у_i, изменяются от на­чальных или поминальных значений y_n до предельных y_н (см. разд. 2.1).

Формирование возможных состоя­ний автомобиля определяется набо­ром нормативных значений парамет­ров состояния. На рис. 4.5 изобра­жена графическая зависимость из­менения параметра состояния у (например зазора) от наработки изделия (пробега автомобиля). Но­минальное значение параметра опре­деляется техническими условиями завода-изготовителя или другими регламентирующими документами и может иметь некоторый разброс зна­чений, отражающий качество проек­тирования и изготовления изделия. В связи с этим в ряде случаев (когда параметр является регулируемым) требуется индивидуальный подбор но­минального значения оптимального для конкретного изделия с точки зре­ния обеспечения оптимальных пока­зателей эксплуатационных свойств. Таким образом представляется воз­можным наиболее полно использо­вать индивидуальные особенности изделия, различные вследствие неод­нородности производства.

При эксплуатации изделия через определенную наработку значение параметра достигает предельной ве­личины, при которой существенно ухудшаются технико-экономические показатели его использования или происходит отказ, момент наступле­ния которого не поддается сколько-нибудь достоверному прогнозирова­нию.

Изделие, у которого значение параметра достигло или превысило предельно допустимое значение, счи­тается неисправным и находится в так называемом предотказном со­стоянии (зона между точками В и Г). Продолжение эксплуатации изделий в этой зоне обычно запрещено тех­нической документацией (стандар­тами, техническими условиями заво­дов-изготовителей и т. п.), так как Это приводит к аварийному отказу (точка Г), ущерб от устранения кото­рого значительно выше затрат на его предупреждение, или к резкому уве­личению эксплуатационных расходов (например, повышению угара масла, снижению топливной экономичности, мощности двигателя при износе де­талей цилиндропоршневой группы). В связи с тем что на практике контроль технического состояния проводится периодически через опре­деленную наработку автомобиля, использование для управления техническим состоянием в качестве норматива предельно допустимого значения параметра не всегда возможно Для этих целей в ряде случаев вводится новое понятие упреждающего значения параметра у_упр. Оно представляет собой ужесточенное пре­дельно допустимое значение, при котором обеспечивается заданный либо экономически целесообразный уровень вероятности безотказной работы на предстоящей межконтрольной наработке. Нахождение значений параметра к моменту кон­троля в пределах между у_н и у_упр(зо­на между точками А и Б) соответ­ствует возможности эксплуатации автомобиля. Достижение значений в пределах между у_упр и у_п.д (зона БВ) свидетельствует о необходимо­сти проведения предупредительных воздействий (регулировок или за­мен) с затратами її, а пропуск зна­чений параметров свыше у_п.д (зона ВГ) ведет к возникновению аварий­ного отказа, как правило, связанного со сходом автомобиля с линии пли потерей рабочего времени и требую­щего проведения ремонта с затра­тами c»d.

Номинальные и предельные значе­ния параметров автомобилей, его агрегатов, узлов и деталей должны устанавливаться завода ми-изготови­телями в отраслевой нормативно-тех­нической документации, согласован­ной с общегосударственной системой стандартов и отраслевыми норматив­ными документами эксплуатирующих отраслей и ведомств с учетом специ­фических условий эксплуатации.

На основании анализа и классифи­кации по методу назначения или определения нормативные значения параметров можно разбить на три группы.

К первой группе относятся норма­тивные значения, задаваемые на уровне государственных стандартов или других руководящих докумен­тов общегосударственного значения. Нормативы этой группы назначают­ся для параметров систем, обеспе­чивающих безопасность автомобиля и определяющих его влияние на окружающую среду. К ним относятся параметры, определяющие состояние тормозной системы, рулевого управ­ления, шин и колес, системы освеще­ния и сигнализации и другие, а также параметры токсичности отработав ших газов, шума, вибрации и т. д. Эксплуатация автомобилей в любых условиях с отклонениями от этих параметров недопустима.

Ко второй группе относятся норма­тивы параметров, изменение которых не зависит от условий эксплуатации автомобилей, а определяется только конструктивными и технологически­ми факторами, такими, как приме­няемые материалы, технология изго­товления, форма и размеры и т. п. Эти нормативы обычно оговари­ваются в технических условиях заво­да-изготовителя или в инструкции по эксплуатации изделия, и эти реко­мендации являются одинаково досто­верными для различных условий эксплуатации. Это, например, норма­тивные значения тепловых зазоров в газораспределительном механизме двигателя, зазор в контактах преры­вателя, зазор между электродами свечи зажигания и т. д.

К третьей группе относятся норма­тивы для параметров, на изменение которых в зависимости от наработки существенное влияние оказывают условия эксплуатации. В этом случае нормативные значения одного и того же параметра для автомобилей, ра­ботающих на различных видах пере­возок, могут существенно (в 1,5— 2 раза) отличаться. Рассмотрим эту ситуацию на конкретном примере.

При установке одинаковых по кон­струкции редукторов главной пере­дачи заднего моста на автомобиле-самосвале и седельном тягаче их ре­жимы работы будут существенно отличаться. Соответственно условия эксплуатации первого редуктора ха­рактерны для перевозок самосвалом строительных грузов (песка, грунта, бетона) на малом плече с постоянной сменой нагрузочных и скоростных режимов. Во втором случае в усло­виях междугородных перевозок гру­зов формировались достаточно ста­бильные нагрузочные и скоростные режимы работы редуктора. Пара­метром, определяющим техническое состояние зубчатого зацепления ре­дуктора, является износ зубьев (кон­структивный параметр), который можно оценить через люфт главной передачи (диагностический пара­метр). Номинальное значение люфта в обоих рассмотренных случаях было одинаковым и равнялось 20°. Однако в процессе эксплуатации указанных моделей автомобилей изменение это­го параметра протекало по-разному. У самосвала под воздействием пере­менных режимов и ударных нагрузок происходил ярко выраженный про­цесс износа зубьев шестерен, и люфт к моменту выхода редуктора из строя достиг 60. В случае же с тягачом, под воздействием стабильного режи­ма работы в условиях эффективной смазки износ зубьев был небольшим, и выход редуктора из строя был обу­словлен их усталостным разруше­нием. При этом люфт достиг лишь 38.

Анализ рассмотренного примера показывает, что для приведенного параметра нецелесообразно назна­чать нормативное значение без учета конкретных условий эксплуатации. Если будет даваться усредненный норматив, скажем для рассмотрен­ного примера 50°, то у автомобилей-самосвалов его применение вызовет значительное недоиспользование ре­сурса, а для тягачей этот норматив будет просто бессмысленным, так как основная масса редукторов выйдет из строя так и не достигнув этого значения. Поэтому для таких пара­метров нормативные значения необ­ходимо определять статистическими методами для характерных условии эксплуатации. Для этой цели следует применять разработанный в MАДИ метод назначения предельно допусти­мого значения на основе толерант­ных границ. Сущность его состоит в проведении статистического ана­лиза распределения значении пара­метров, измеренных у достаточно представительном выборки автомоби­лей, находящихся в характерных условиях эксплуатации. При этом выдвигается гипотеза, что в данную выборку попала некоторая часть α объектов, находящихся u предотказном (неисправном) состоянии. Путем математической обработки статисти­ческих данных определяют закон распределения значений параметра 7 (у) и в зависимости от вида огра­ничения и вероятности α определяют статистическую оценку предельно до­пустимого значения параметра.

Если параметр имеет односторон­нее ограничение сверху (например, люфт зубчатого зацепления), то о качестве предельно допустимого при­нимают значение у_п.д (рис. 4.6. а), для которого

Если параметр имеет односторон­нее ограничение снизу (например, сила тяги на ведущих колесах), то (рис. 4.6, б)

И, наконец, если параметр имеет двустороннее ограничение (напри­мер, вязкость моторного масла), то предельно допустимых значений два — нижнее у_п.д и верхнее у_п.д . (рис. 1.6, в), для которых:

Необходимо иметь в виду что определяемое предельно допустимое знамение параметра для одноименных объектов, входящих в выборку,

будет иметь естественное рассеивание. В силу этого на граничных об­ластях рассеивания, аппроксимируе­мого теоретическим законом рас­пределения, одни и те же значения параметра могут соответствовать, как исправному, так и неисправному (предотказному) состоянию. По­этому уровень вероятности α, определяющий назначение границы отне­сения объекта к исправному или не-исправному состояниям, определяет­ся с учетом ошибок первого и второго рода, возможных при использовании данного параметра.

Пол ошибкой первого рода пони мают признание исправного объекта неисправным, а под ошибкой второго рода понимается пропуск неисправ­ности, когда неисправный объект признается годным к дальнейшей эксплуатации.

Ошибки первого рода приводят к неоправданным разборочно-сборочным и контрольным работам, про­стою автомобилей в ремонте. Ошибки второго рода приводят к возникно­вению аварийных линейных или до­рожных отказов автомобилем или к значительным потерям за счет по­вышенного расхода топлива, увели­ченной интенсивности изнашивания шин, к снижению срока службы акку­муляторных батарей. На рис. 4.7 при­ведена графическая интерпретация определения вероятности а для на­значения граничной области в зави­симости от возможных экономиче­ских потерь от ошибок первого и второго рода.

Обозначения 1 и 2 относятся к плотности распределения значений параметров, измеренных соответст­венно у группы автомобилей, нахо­дящихся в эксплуатации в работо­способном состоянии, и у группы автомобилей, находящихся в ремон­те по причине отказа или наступле­ния ярко выраженного предотказного состояния узла, характеризуе­мого данным параметром. Зоны этих распределений пересекаются, и на­значенное предельно допустимое значение у_п отсекает от них площади у₁ и у₂. Площадь у₁ соответствует вероятности ошибки первого рода – «ложная неисправность» а у₂ – вероятность ошибки второго рода -пропуску неисправности. Изменяя значение у _п.д мы тем самым можем изменять соотношение этих вероят­ностей. При этом ошибка первого рода приводит к ущербу, выражаю­щемуся в проведении с вероятностью у₁ и излишних предупредительных ра­бот со стоимостью d. Этот у щерб

Ошибка второго рода приводит к ущербу, выражающемуся в проведе­нии с вероятностью у₂, аварийного ремонта со стоимостью с вместо невыявленных своевременно предупре­дительных работ со стоимостью d. Этот ущерб

Очевидно что оптимальное значение норматива будет соответствовать минимальному суммарному ущербу,

Анализ этого выражения и рис. 4.7 показывает, что, учитывая значи­тельное превышение стоимости за­трат на аварийный ремонт но отноше­нию к стоимости предупредительных работ (для различных систем и узлов автомобиля отношение c/d состав­ляет в среднем от 3 до 8), а также появляющиеся в случае ошибки вто­рого рода непрерывные затраты па повышенный расход топлива, износ шин и другое, предельно допустимое значение норматива назначается исходя из минимальной ошибки (ве­роятности у₂) второго рода. Для определения предельно допустимого значения параметра узлов, обеспе­чивающих безопасность движения, при назначении толерантных границ плотности распределения f₁ (y) необ­ходимо принимать величину вероят­ности α, равную 15 %, а для осталь­ных агрегатов и узлов равной 5 %.

Эти значения являются рациональ­ными с точки зрения соотношения вероятностей проявления ошибок первого и второго рода и ущерба от них

таким образом, для определения предельно допустимых значений па­раметров с использованием стати­стической методики необходимо про­извести следующие действия.

В разовой выборке измеренных значений параметров выявляют наи­меньшее и наибольшее значения этих параметров.

Интервал y_max – y_min который на­зывается размахом случайной вели­чины у, разбивают на т равных ин­тервалов, где т определяют в зави­симости от объема выборки. Далее определяют число значений т, из вы­борки, попавших в 1-й интервал. По значениям т, строят гистограмму и определяют математические опенки случайной величины — среднее зна­чение у, среднеквадратическое откло­нение о и коэффициент вариации . С учетом характера процессов (см. разд. 27), внешнего вида гистограм­мы и значений математических оце­нок случайной величины подбирают теоретический закон распределения и строят кривую плотности распре­деления значений параметра, (у) -рис. 4.8.

Для проверки гипотезы согласо­вания подобранного теоретического закона распределения с опытными данными используют различные кри­терии (обычно критерий Пирсона) Из справочников * для определенных значений критерия находят вероятность расхождения (по случайным причинам) теоретического и опыт­ного распределений. При использо­вании критерия Пирсона, например, согласование считается хорошим при вероятности больше 0,3.

Наконец, в зависимости от вида рассматриваемого параметра техни­ческого состояния (одно- или двусто­роннее ограничение, степень важности) по одной из формул 4.1. 4.2, 43 находят предельно допустимое зна­чение диагностического параметра